Mg-Al活性異種金屬焊接界面微觀結(jié)構(gòu)及元素?cái)U(kuò)散的研究.pdf

1、鎂具有低密度、高比強(qiáng)度及可再回收利用等優(yōu)點(diǎn)，成為工程結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，但焊接過程中易形成脆性相、裂紋、氣孔等缺陷，并且還存在熱影響區(qū)過寬及焊后變形等。因此，焊接問題成為阻礙鎂及鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵。 為了推進(jìn)鎂合金的應(yīng)用，本文采用固相擴(kuò)散焊和鎢極氬弧焊對Mg與Al異種金屬進(jìn)行了焊接試驗(yàn)研究。在接頭組織結(jié)構(gòu)觀察、分析及接頭性能測試的基礎(chǔ)上，研究Mg/Al異種金屬接頭組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。通過對Mg/Al擴(kuò)散焊界面微觀組織結(jié)構(gòu)和

2、界面附近元素的擴(kuò)散行為進(jìn)行分析，尋求界面過渡區(qū)的形成與元素?cái)U(kuò)散之間的規(guī)律。 利用金相顯微鏡和掃描電鏡(SEM)對Mg/Al。異種金屬接頭焊接區(qū)的組織結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析。擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)主要由Mg側(cè)過渡層、中間擴(kuò)散層及Al側(cè)過渡層組成，兩過渡層的顯微硬度為HM200～350，中間擴(kuò)散層的顯微硬度為HM125～150。擴(kuò)散焊接頭剪切試驗(yàn)結(jié)果表明，加熱溫度在470～490℃，保溫時(shí)間在60～120min，壓力小于0.1MPa，可獲

3、得結(jié)合良好的Mg/Al擴(kuò)散焊接頭。加熱溫度475℃時(shí)，擴(kuò)散焊接頭界面的最大剪切強(qiáng)度為18.94MPa，約為Al母材強(qiáng)度的40％。TiG焊接頭熔合區(qū)由熔化結(jié)晶區(qū)和半熔化結(jié)晶區(qū)構(gòu)成，熔化結(jié)晶區(qū)主要由粗大柱狀晶和等軸樹枝晶組成，半熔化結(jié)晶區(qū)主要由未結(jié)晶組織和柱狀樹枝結(jié)晶組織組成。 采用電子探針(EPMA)、X射線衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)對Mg/Al異種金屬接頭焊接區(qū)的形成及微觀相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)中

4、形成的相主要是Mg<,17>Al<,12>、MgAl和Mg<,2>Al<,3>，從Mg側(cè)向Al側(cè)依次由Mg<,17>Al<,12>→MgAl一Mg<,2>Al<,3>構(gòu)成。Mg<,17>Al<,12>相主要以團(tuán)塊狀和彌散形式存在于Mg基體上，彌散分布的Mg<,17>Al<,2>相與密排六方的Mg基體組成多晶環(huán)結(jié)構(gòu)。TIG焊接頭Mg側(cè)熔合區(qū)附近存在Mg<,17>Al<,12>和Mg<,2>Al<,3>相，以及少量的Al<,4>Si相。

5、 Mg/Al擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)的形成主要經(jīng)過四個(gè)階段，其生成相的形成順序依次為：MgAl→Mgl7AIl2→Mg<,2>Al<,3>，反應(yīng)生成物的形成速度為。ν<,Mg2Al13><ν<,Mg17Al12><νMgAl。隨著加熱溫度的提高，MgAl相的生長速度逐漸減小，而Mg<,2>Al<,3>和Mg<,17>Al<,12>相的生長速度逐漸增大，當(dāng)加熱溫度480℃時(shí)，界面過渡區(qū)各新相生長速度為V<,MgAl>

6、>。 采用Boltzmarm-Matano分析方法確定Mg/Al擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)元素的D-C關(guān)系方程，計(jì)算Mg、Al元素在界面過渡區(qū)各相層中的擴(kuò)散系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，Mg、Al元素的擴(kuò)散系數(shù)均隨加熱溫度和濃度的增加而增大，A1元素的擴(kuò)散能力比Mg元素強(qiáng)。結(jié)合擴(kuò)散系數(shù)和誤差函數(shù)解計(jì)算得到了界面過渡區(qū)元素的反應(yīng)擴(kuò)散方程，即C=α+βeγf[(x/y)·D<'1/2>I<'1/2>](α、β、γ為常數(shù))，界面過渡

7、區(qū)寬度的計(jì)算值比實(shí)測值稍大。Mg/AI擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)的各相層寬度分別為：Mg<,2>Al<,3>相為x<,2>=0.6exp(-22600/R7)(t-t<,0>)；MgAl相為x=31.4exp(-25550/R7)(t-t<,0>)：Mg<,17>AI<,12>相為x<,2>=4.14exp(-28780/RT)(t-t<,0>)。 本文針對Mg/Al異種金屬真空擴(kuò)散焊的焊接性、界面微觀組織結(jié)構(gòu)及元素?cái)U(kuò)散等進(jìn)行了研究，揭示